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La apoptosis provee un mecanismo para la eliminación de células que se han producido en exceso, desarrollado impropiamente y/o con daños genéticos. El.

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2 La apoptosis provee un mecanismo para la eliminación de células que se han producido en exceso, desarrollado impropiamente y/o con daños genéticos. El dato distintivo de la apoptosis es la autodigestión controlada de la célula. La muerte celular es llevada a cabo por la activación de proteasas endógenas (caspasas), éstas degradan el citoesqueleto y la célula pierde volumen y comienza a encogerse, la membrana comienza a plegarse y a perder la asimetría normal de los lípidos. También se activan las endonucleasas degradadoras del DNA para formar oligonucleosomas, el núcleo se encoge y se torna picnótico. La función de los demás organelos también es eliminada. La decisión de experimentar apoptosis se toma en el citoplasma. La pérdida de función mitocondrial es un evento temprano irreversible durante la apoptosis y se caracteriza por redistribución del citocromo C del espacio intermembranal y pérdida del potencial de membrana mitocondrial. Las alteraciones en la membrana celular señalizan a los macrófagos tisulares vecinos a englobar la célula y a completar la degradación. William E. Paul, Fundamental Inmunology, Lippincott-Raven, 4th Edition.

3 La fagocitosis de las células apoptóticas no se acompaña de inflamación debido a que no hay rupturas en la membrana celular de la célula apoptótica. En contraste con esto, la necrosis y la muerte celular traumática son formas patológicas de muerte celular y se caracterizan por hinchazón celular y lisis con liberación del contenido citoplásmico y la inducción de inflamación. Aquí la célula no juega un rol activo en la muerte. Por lo tanto, la habilidad de una célula para responder a una lesión determina si hay inflamación o no. Si el daño se sobrepone a la célula, ésta experimentará necrosis y habrá inflamación. En cambio, si la célula puede responder con mecanismos fisiológicos al daño y es capaz de dirigir su propia muerte, experimentará apoptosis. Por lo tanto, la muerte celular programada (apoptosis) es un mecanismo para regular la cantidad de respuesta inflamatoria a la lesión de los tejidos. Los genes que controlan la apoptosis son: Bcl-2, y Apoptotic protease activating factor 1 (Apaf-1), entre otros. Ibid

4 Las proteínas que llevan a cabo la apoptosis se expresan constitutivamente en todas las células. Todas las células dependen de la provisión constante de señales de supervivencia de las células vecinas, la matriz extracelular o los factores de crecimiento, de modo que todas las células están programadas para morir si las señales de supervivencia no son recibidas. Esta dependencia existe entre cada una de las células de cualquier organismo multicelular, de modo que no pueden subsistir de manera autónoma. La apoptosis puede ser iniciada por receptores de membrana en respuesta a un ligando, éstos son miembros de la familia del receptor del factor de necrosis tumoral (TNF), como el Fas. Las vías de señalización intracelular que activan la apoptosis por ligandos no se expresan de manera constitutiva, de modo que se requiere su síntesis de novo en respuesta a diversos estímulos estresores. Además de los estímulos extracelulares para el inicio de la apoptosis, los eventos intracelulares también pueden iniciarla. El daño al DNA induce apoptosis por la vía del gen p53, éste se encuentra mutado en muchas neoplasias. Ibid

5 Cualquier perturbación bioquímica puede inducir apoptosis. La predisposición para experimentar apoptosis está regulada por la interacción de varias vías. De modo general, la elevación del calcio intracelular, la disminución del pH intracelular, alteraciones en el estado Redox, son condiciones que predisponen a la apoptosis. Todas las células dependen de los factores de crecimiento, su ausencia produce perturbaciones agudas en el metabolismo celular y la suspensión de su ciclo celular conduciendo a apoptosis. De modo alternativo, la privación de los factores de crecimiento pueden inducir una respuesta al estrés que resulta en sensibilización para la transducción de señales por medio de receptores de apoptosis los cuales activan a proteasas específicas: las caspasas. Estas son cisteinproteasas intracelulares las cuales escinden proteínas después de residuos de ácido aspártico. Existen 10 caspasas y todas las células expresan una o mas de ellas. Ibid

6 Las caspasas son proenzimas que se activan cuando son escindidas de su porción amino terminal y la proteína restante es procesada en 2 subunidades generando la proteasa activa. Las caspasas activas son heterotetrámeros compuestos de 2 copias de cada uno de las subunidades activas. Las caspasas también pueden autoactivarse o requerir otras proteínas para ello. Una vez activadas, éstas activan a otros miembros de la familia de las caspasas, resultando en una reacción amplificada de proteolisis. Algunos sustratos de las caspasas durante la apoptosis incluyen: Proteínas que tienen que ver con la reparación celular como la poli-ADP ribosa polimerasa (PARP), proteincinasa dependiente de DNA. Proteínas que controlan el ciclo celular, como la proteína del retinoblastoma, cinasas dependientes de ciclinas (CDK´s), la tirosincinasa c-Abl. Proteínas relacionadas con la transducción de señales, como la PAK2, y proteínas relacionadas con el mantenimiento de la integridad estructural, como las lamininas nucleares, fodrina, gelsolina y actina. Ibid

7 En la mayoría de los casos, la escisión de las caspasas resulta en la inactivación del sustrato, pero en algunos, resulta en la activación de un sustrato, ejemplo, la activación de la IL-1. Además de las caspasas, otras proteasas intracelulares son capaces de iniciar la aopotosis y también, otras proteasas pueden activar a las caspasas para iniciarla. La tasa a la cual las señales apoptóticas inician o amplifican la actividad de las caspasas, es regulada por proteínas de la familia Bcl2. Estas proteínas no inhiben un paso específico en la apoptosis, mas bien, alteran el umbral de apoptosis de una célula. Células que expresan gran cantidad de proteínas Bcl2 aún pueden experimentar apoptosis en respuesta a varios estímulos, cuya dosis debe ser mucho mayor en presencia de proteínas Bcl2 que sin ellas. Algunas proteínas Bcl2 promueven la vida celular, mientras que otras sensibilizan a la célula para la apoptosis: Ibid

8 Subfamilia de proteínas Bcl2 antiapoptóticas: Bcl2, Bcl-XL, Bcl-W, Mcl-1, NR-13 y A1. Subfamilia de proteínas Bcl2 proapoptóticas: Bax y Bak. Estas últimas pueden antagonizar la actividad de la Bcl-XL y la Bcl2. Las proteínas Bcl2 pueden formar tanto homo o heterodímeros con otros miembros de la familia, ejemplo: Bcl2 y Bcl-XL forman heterodímeros con Bax. La razón Bcl2 a Bax se relaciona con el umbral apoptótico, de modo que si hay mas Bcl2 se promueve la vida celular, pero si hay mas Bax se promueve la apoptosis. Aunque las proteínas Bcl2 se han dividido en subfamilias que inhiben o promueven la apoptosis, dependiendo de las circunstancias celulares, una misma familia puede tener efectos pro o antiapoptóticos. Una característica común a las proteínas Bcl2 es que todas ellas poseen un dominio carboxilo terminal hidrófobo, el cual puede insertarse en las membranas del retículo endoplásmico, la membrana externa mitocondrial y la membrana nuclear externa, para ejercer sus efectos antiapoptóticos. Ibid

9 Tiene dos dominios adicionales, el primero es una asa grande flexible que media la función antiapoptótica, ocupa la cuarta parte de la proteína y es una región importante para la regulación postraslacional de su función. El resto de la proteína se compone de 7 -hélices y 2 hélices hidrófobas centrales rodeadas de 5 hélices anfipáticas. La parte mas alta de la proteína contiene una hendidura hidrófoba que es necesaria para la unión de la proteína Bcl-XL a la -hélice de 16 aminoácidos presente en las proteínas proapoptóticas Bax y Bak. Esta región -hélice se le ha llamado dominio 3 homologo Bcl2 (BH3). Los dominios BH3 están presentes en otras proteínas adicionales que pueden formar heterodímeros con Bcl-XL, éstas incluyen: Bad, Bik, Hrk y Bid, las cuales promueven la apoptosis inactivando a la porción antiapoptótica de la Bcl-XL por medio de su unión a los dominios BH3. Mutaciones en la hendidura hidrófoba impide la unión de la proteína Bcl-XL a las proteínas que contienen dominios BH3, impidiendo la apoptosis, contribuyendo al desarrollo de neoplasias. Ibid

10 Las proteínas Bcl2 y Bcl-XL promueven la vida celular formando heterodímeros con proteínas que tienen que ver con la activación de las caspasas, como la Apaf1. Sin embargo, la unión de Bax previene la unión de Apaf1 a las Bcl2 y/o Bcl- XL, permitiendo la activación de las caspasas por medio de Apaf1. El efecto antiapoptótico de la Bcl-XL es por medio de la formación de poros en las membranas (del retículo endoplásmico, mitocondrial y nuclear externas), los cuales mantienen la permeabilidad de éstas en las cuales se distribuyen las Bcl- XL. Dependiendo de las propiedades del poro, promovería la apoptosis disipando gradientes eléctricos y de concentración dentro de la célula (efecto letal característico de la apoptosis) o promovería la vida celular por el mantenimiento de la homeostasis de iones y proteínas entre los compartimientos intracelulares. Por lo tanto, la expresión de Bcl2 favorece la integridad mitocondrial. El citocromo C induce apoptosis. Ibid

11 Normalmente éste citocromo está en el espacio intermembranal mitocondrial; tempranamente en la apoptosis escapa al citoplasma, en la presencia de ATP y Apaf1, el citocromo C es un potente activador de caspasas. Únicamente las mitocondrias que tienen unido Bcl2 no experimentan lisis membranal y escape de citocromo C al citoplasma. Para que éstos puedan sostenerse a si mismos, la célula huésped debe sobrevivir hasta que el virus complete su ciclo de vida. La habilidad de las células infectadas para experimentar apoptosis en respuesta a una perturbación metabólica provee a los organismos multicelulares una primera línea de defensa que limita la expansión del virus. Debido a que la apoptosis implica la destrucción ordenada del contenido intracelular, invariablemente resultaría en la destrucción del genoma y partículas virales, pero los virus contienen en sus genomas, genes cuyos productos inhiben la apoptosis de la célula huésped. Ibid

12 CASPASAS APAF 1 Bcl-XL previene la redistricución del citocromo C manteniendo la integridad de la membrana externa mitocondrial. Además, Bcl-XL se une a la proteína proapotótica APAF1, ésta es un activador directo de las caspasas en la presencia de citocromo C. Por lo tanto, Bcl-XL previene la apoptosis por su unión a APAF1, de este modo impidiendo su interacción con el citocromo C y por lo tanto impide la activación de las caspasas. Citocromo C Ibid

13 Algunos de éstos productos actúan en la modulación de las vías de señalización intracelular, otros, suprimen la función de los receptores de apoptosis, ejemplo: varios poxvirus codifican formas secretorias del receptor TNF, impidiendo la unión del TNF para inducir la apoptosis de las células infectadas. Los herpes virus codifican proteínas que bloquean las vías de señalización intracelular del receptor Fas y TNF, además, codifican proteínas homologas a Bcl2 en exceso, las cuales son antiapoptóticas. Los blancos intracelulares antiapotóticos mas comunes son las caspasas. Los pox virus codifican la proteína crmA, inhibidora de la caspasa 1, lo cual no solo bloquea la apoptosis, sino la activación de la IL-1, de ese modo limitando la respuesta inmunitaria. Ibid

14 El ligando del receptor Fas es la proteína Fas-L (ligando). Cuando se une el Fas-L a su receptor, éste experimenta trimerización, lo cual resulta en el reclutamiento de un adaptador, la molécula FADD (Fas associated death domain-containing protein), también llamada MORT1. FADD contiene una interacción proteína- proteína llamada dominio efector de muerte, que es la caspasa 8. La caspasa 8 contiene 2 dominios efectores de muerte en su región amino terminal. El reclutamiento de la caspasa 8 por el ligando Fas por medio de FADD resulta en la escisión autocatalítica de la caspasa 8, liberando las subunidades catalíticas de proteasa. Una vez activada la caspasa 8, funciona para activar caspasas adicionales asi como degradar sustratos intracelulares. El mecanismo por el cual Bcl2 o Bcl-XL impiden la apoptosis incluye el secuestro de la caspasa 8 por Bcl-XL en organelos intracelulares impidiendo su amplificación o protegiendo los organelos intracelulares como la mitocondria de los efectos proteolíticos de ésta. P O R R E C E P T O R E S T N F Ibid

15 FAS FAS - L FADD PRO CASPASA 8 CASPASA 8 ACTIVA Ibid

16 De este modo, las proteínas antiapoptoticas de la familia Bcl2 se unen a las proteínas proapotóticas para evitar la muerte celular. Algunos miembros de la familia del receptor TNF contienen dominios de apoptosis como Fas, TNF-R1, DR3, DR4 y DR5 y permiten a éstos reclutar y activar caspasas. Otros receptores relacionados con el TNF son inductores potentes de la vida celular. La transducción de señales por el receptor CD40 es un estímulo potente para la vida de los linfocitos B, proliferación y diferenciación. En respuesta a la unión de su ligando (CD40-L), la trimerización del CD40 recluta un grupo de moléculas adaptadoras: factores asociados al receptor TNF (TRAF´s). Existen 6 proteínas TRAF que comparten el mismo dominio carboxilo terminal (dominio TRAF), el cual es necesario para el reclutamiento de las moléculas de señalización intracelular. Ibid

17 La interacción del dominio TRAF resulta en el reclutamiento de inhibidores de la apoptosis (IAP´s) para formar complejos con el receptor. Existen 3 IAP´s: cIAP1, cIAP2 e ILP (x-IAP). Además, el dominio amino terminal de las proteínas TRAF es importante en la activación del factor de transcripción NF- B y la cinasa Jun C terminal. Esto como resultado de la interacción de CD40L con CD40. Además del receptor CD40, el CD30, OX-40 y 4-1BB, son receptores que favorecen la vida celular, y se acoplan a la activación del factor NF- B, por medio de las moléculas adaptadoras de la familia TRAF. Una consecuencia importante de la transducción de señales por CD40 y CD30 es que aunque el efecto primario es promover la vida del linfocito, un efecto secundario es la sensibilización de las proteínas efectoras de apoptosis de los miembros del receptor TNF, incluyendo Fas y TNF-R1. Ibid

18 CD 40 CD40 - L TRAF 2IAP DE NF B DE CASPASAS C E L U L A R Ibid

19 Esto sugiere que la transducción de señales a través de CD40 y CD30 aunque inicialmente favorecen la vida celular, también funcionan para establecer mecanismos que faciliten la terminación de la vida de una célula al final de una respuesta inmunitaria. La activación del factor NF- B induce la transcripción de genes que promueven la vida celular. En contraste, los glucocorticoides, los cuales promueven la la apoptosis de los linfocitos, inhiben la activación del NF-KB por medio de la regulación a a la alta del inhibidor del NF- B (I B) y la inhibición de la unión del NF- B al DNA. La transducción de señales por el receptor TNF-R1 incluye el reclutamiento de la molécula TRADD, la cual tiene la habilidad de señalizar tanto por la proteína TRAF2, lo cual resulta en la activación del NF- B o por el reclutamiento de la proteína FADD, lo cual activa a la molécula FLICE. Así, la habilidad de algunos receptores TNF para promover la vida o la apoptosis dependera del estado celular y los niveles de los adaptadores intracelulares disponibles. Ibid

20 TRADD FADD PRO CASPASA 8 CASPASA 8 ACTIVA TNF R1 TNF TRADD TRAF 2 IAP Activación de NF B Inactivación de Caspasas C E L U L A R Ibid


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